廖明浩 重慶交通大學(xué)

引言：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，更重視低能耗產(chǎn)品的研發(fā)。在超低能耗的電子電路系統(tǒng)更是成為了研究的重點(diǎn)方向。超低能耗的電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，包括了處理器，電子器件，單片機(jī)，放大器，液晶顯示屏等等的使用。超低能耗電子電路系統(tǒng)中有很大的挑戰(zhàn)，但是對(duì)于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)也是不可多得的機(jī)遇。

1.電子電路系統(tǒng)能耗影響分析

超低能耗電子電路系統(tǒng)的研發(fā)中，逐漸在電子電路專業(yè)中越來(lái)越受到重視。傳統(tǒng)的電子電路系統(tǒng)中功耗主要受到以下幾點(diǎn)的影響。

首先，電子電路系統(tǒng)中的功耗大小的判斷中，主要是以電路為基礎(chǔ)進(jìn)行研究。在超低功耗電子電路的設(shè)計(jì)研究中，應(yīng)該先分析電子電路單元電路的能耗大小。在傳統(tǒng)的單片機(jī)的耗能和休眠電量來(lái)看，是超低能耗電子電路系統(tǒng)中的10倍。集成電路的能耗主要和工作頻率，工作電流，電源電壓等等有關(guān)系。在負(fù)載器件和寄生元件中，都會(huì)產(chǎn)生一定程度的功耗。在電阻上的功耗也是不可避免的。采用超低能耗的電子元件，主要還是以減少為目的。

其次，在集成電路中，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)都會(huì)造成功耗。靜態(tài)功耗主要是因?yàn)殡娫措妷旱暮馁M(fèi)。靜態(tài)電流就是流向電路內(nèi)部的電流。所以電源電壓通常也是對(duì)于電路靜態(tài)的功耗大小的判斷。

最后，集成電路中的動(dòng)態(tài)能耗主要是以電容充放電功耗為主要形式。隨著輸出電容的充放電過(guò)程中，電路的輸出也存在著起伏、波動(dòng)。電子電路系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)功耗也是一種瞬時(shí)功耗，是在轉(zhuǎn)換信號(hào)的過(guò)程中產(chǎn)生的。

2.低耗能電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展下，需要改進(jìn)原本傳統(tǒng)的超低能耗電子元件。在研究的推動(dòng)下，各種各樣的超低能耗的電子元件如同雨后春筍一般層出不窮。所以在超低能耗的電子電路的選擇中，應(yīng)該采用新型的超低能耗型IC。

2.1 處理器選擇

在超低耗能電子電路中，對(duì)重要的就是采用微處理器MCU的選擇?，F(xiàn)今很多廠家都已經(jīng)研制出超低耗能產(chǎn)品，為了增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，必須在微處理器中降低能耗。單片機(jī)是在低電壓和低頻率的環(huán)境下工作的，所以使用單片機(jī)就是很好的超低耗能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選擇。超低耗能的產(chǎn)品選擇的單片機(jī)要注意單片機(jī)是否專門為了超低耗能電子電路設(shè)計(jì)的。單片機(jī)的休眠模式有幾種，在電子電路設(shè)計(jì)中要充分考慮到電源電壓、休眠時(shí)候單片機(jī)的電流量、工作時(shí)候的電流量等等。

2.2 電子元件選擇

電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅僅依靠單片機(jī)處理器，還需要采用低耗能的電子元件。在核心處理器超低耗能的同時(shí)，需要讓外圍器件也具有超低耗能設(shè)計(jì)。IC器件的選擇上，應(yīng)該通過(guò)模擬電子電路系統(tǒng)，來(lái)找到耗能最低的組合。

2.3 供電管硬件選擇

供電管硬件是對(duì)電子電路的供電管理。在多分支的網(wǎng)絡(luò)電源中，需要對(duì)不同的模塊進(jìn)行供電。在供電的之余，不工作的時(shí)候可以停止供電。這樣就可以實(shí)現(xiàn)低能耗。供電控制的時(shí)候，可以進(jìn)行可關(guān)斷模式，電源總開(kāi)關(guān)模式，選擇控制模式等等。在對(duì)各個(gè)模塊獨(dú)立供電的時(shí)候，采用電阻小，開(kāi)關(guān)速度快，靜電少的供電管硬件，更符合超低能耗電子電路的設(shè)計(jì)原理。在供電硬件的選擇上，更應(yīng)該重視品質(zhì)問(wèn)題。因?yàn)榻?jīng)常會(huì)出現(xiàn)供電系統(tǒng)中漏電的現(xiàn)象。在供電系統(tǒng)中的漏電主要有幾個(gè)原因造成，電源泄露，保護(hù)電路泄露，分支電路泄露，意外泄露等等。在電源開(kāi)斷的同時(shí)，供電系統(tǒng)需要管理電路系統(tǒng)，在保證安全無(wú)泄露的情況下，將能耗降到最低。

2.4 電子電路系統(tǒng)的運(yùn)行管理

在電子電路的運(yùn)行系統(tǒng)中，應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)軟件和硬件的相配合的管理。軟件和硬件的配合中，可以消除程序運(yùn)行的多余環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)進(jìn)入休眠的時(shí)候，單片機(jī)可以馬上調(diào)整到低能耗狀態(tài)。同時(shí)對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的時(shí)鐘有一個(gè)準(zhǔn)確的控制，以選擇一個(gè)較為穩(wěn)定的工作平衡。時(shí)鐘選擇較低的工作頻率的時(shí)候，可以和外圍模塊的低能耗的控制功能相結(jié)合。

3 結(jié)束語(yǔ)

在科技水平的提高下，出現(xiàn)了越來(lái)越多的新型材料可以運(yùn)用再電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。在集成電路中，采用的電源電壓，電子線路，單片機(jī)，負(fù)載都會(huì)嚴(yán)重影響能耗問(wèn)題。所以在電子電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該及時(shí)考慮到這些因素，盡量?jī)?yōu)化硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)超低能耗的目標(biāo)。設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循基本設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)潔、優(yōu)化的電子電路系統(tǒng)。

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